DE60127925T2

DE60127925T2 - High strength race and method for its manufacture

Info

Publication number: DE60127925T2
Application number: DE60127925T
Authority: DE
Inventors: Shinji Yokohama-shi Asano; Youichi Yokohama-shi Watanabe; Tatsuo Yokohama-shi Iguchi; Kanji Yokohama-shi Ueno
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2001-11-22
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2021-11-23
Also published as: EP1215292A1; US7083688B2; EP1215292B1; US20020112787A1; JP3585034B2; DE60127925D1; JP2002180183A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Laufrings.The The present invention relates to a method of manufacture a high-strength raceway.

Beschreibung des Standes der TechnikDescription of the Prior Art

Vom Standpunkt des Umweltschutzes entstand in den letzten Jahren ein erhöhter Bedarf, um bei Fahrzeugen einen niedrigeren Kraftstoffverbrauch und eine niedrige Umweltverschmutzung zu erreichen. Als eine der Maßnahmen, um den Kraftstoffverbrauch und das Abgas zu reduzieren, ist es effektiv, einen Fahrzeugaufbau leicht zu machen. Deshalb werden laufend Versuche unternommen, um verschiedene Bauteile für Fahrzeugaufbauten mit kleiner Größe und niedrigem Gewicht zu entwickeln.from Environmental protection has emerged in recent years increased Need to lower the fuel consumption of vehicles and to achieve low pollution. As one of the Activities, to reduce fuel consumption and exhaust, it is effective to make a vehicle structure easy. That's why there are ongoing attempts made various components for vehicle bodies with smaller Size and low To develop weight.

Wenn Fahrzeuge benutzt werden, bei denen eine Antriebswelle mit geringer Größe und niedrigem Gewicht verwendet wird, sind einige Fälle bekannt, bei denen ein Abblättern und eine Senkung eines äußeren Laufrings in einem relativ frühen Stadium auftreten und dadurch die Haltbarkeit des äußeren Laufrings ein Ende erreicht. Es wurde für den äußeren Laufring erforderlich, hohe Schlagfestigkeitseigenschaften aufzuweisen, um die Sicherheit zu gewährleisten. Ferner besteht ein erhöhter Bedarf, die Lebensdauer des äußeren Laufrings zu verlängern, um die Entwicklung des äußeren Laufrings mit reduzierter Größe zu bewältigen. Als Technologien, die verwendet werden, um die Lebensdauer des äußeren Laufrings zu verlängern, wurde eine komplexe Wärmebehandlung, bei der ein Induktionshärten nach einer Nitrierung durchgeführt wurde, in der Veröffentlichung der offen gelegten japanischen Patentanmeldung Nummer 6-173967 vorgeschlagen.When using vehicles using a small-size and low-weight drive shaft, there have been known some cases where flaking and lowering of an outer race occurs at a relatively early stage, thereby endangering the durability of the outer race. It has been required for the outer race to have high impact properties for safety. Further, there is an increased demand to extend the life of the outer race to cope with the development of the outer race of reduced size. As technologies used to extend the life of the outer race, a complex heat treatment in which induction hardening was carried out after nitriding was disclosed in the publication of Japanese Patent Application No. 6-173967 proposed.

Japanischer Patentauszug, Ausgabe 1998, Nr. 03, 27. Februar 1998 (1998-02-27) & JP 09 291337 A (AICKI STEEL WORKS LTD.) 11. November 1997 (1997-11-11) offenbart einen Lagerstahl zum Induktionshärten, der eine Zusammensetzung aufweist, die nach Gewichtsverhältnis aus 0,51–0,65% C, 0,70–1,60% Si, 1,30–2,0% Mn, ≤ 0,025% P. ≤ 0,030% S, ≤ 0,50–1,50% Ni, 0,10–0,50% Cr, ≤ 15 ppm O, ≤ 30 ppm Ti und der Restmenge aus Eisen mit Verunreinigungselementen zusammengesetzt ist, und einem Induktionshärten bei einer Oberflächentemperatur von 900–1110°C unterworfen wird. Ferner kann ≤ 0,50% Mo hinzugefügt werden, um die Rollermüdungseigenschaft auf einen größeren Umfang zu verbessern.Japanese Patent Abstract, Issue 1998, No. 03, Feb. 27, 1998 (1998-02-27) & JP 09 291337 A (AICKI STEEL WORKS LTD.) November 11, 1997 (1997-11-11) discloses an induction hardening bearing steel having a composition by weight ratio of 0.51-0.65% C, 0.70-1.60 % Si, 1.30-2.0% Mn, ≤ 0.025% P. ≤ 0.030% S, ≤ 0.50-1.50% Ni, 0.10-0.50% Cr, ≤ 15 ppm O, ≤ 30 ppm of Ti and the remaining amount of iron is composed with impurity elements, and is subjected to induction hardening at a surface temperature of 900-1110 ° C. Further, ≦ 0.50% Mo may be added to improve the rolling fatigue property to a greater extent.

ZUSMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Aus den von den Erfindern der vorliegenden Erfindung detailliert durchgeführten Studien wurde herausgefunden, dass der Grund, warum die Lebensdauer eines äußeren Laufrings verkürzt ist, wie folgt lautet.Out the studies detailed by the inventors of the present invention It was found that the reason why the life of an outer race shortened is, as follows reads.

Wenn eine Antriebswelle eine geringe Größe aufweist, ist eine Kontaktfläche zwischen dem äußeren Laufring und einer Kugel, insbesondere bei einem Zeppa-Typ, reduziert und daher erhöht sich der Oberflächendruck, der mit einer signifikanten Wärmeentwicklung verbunden ist. Weil die Temperatur der Oberflächenschicht des rollenden Teils hoch wird, wird die Oberflächenschicht aufgrund eines Temper- bzw. Anlassphänomens erweicht, und dadurch verschlechtern sich die Rollermüdungseigenschaften in bemerkenswerter Weise. Als Folge davon tritt in einem frühen Stadium ein Abblättern und eine Senkung auf.If a drive shaft has a small size is a contact surface between the outer race and a ball, especially in a Zeppa type, reduced and therefore increased the surface pressure, the one with a significant heat development connected is. Because the temperature of the surface layer of the rolling part becomes high, the surface layer becomes softened due to tempering phenomena, and thereby deteriorate the rolling fatigue properties in a remarkable way. As a result, occurs at an early stage a peeling and a cut.

Eine Steigerung der Hochtemperaturhärte der Oberflächenschicht des rollenden Teils des äußeren Laufrings ist effektiv, um die Rollermüdungseigenschaften zu verbessern. Beispiele von angewendeten Verfahren, um die Aufgabe zu erreichen, umfassen zwei Verfahren, bei denen die Anfangshärte verbessert und die Resistenz gegenüber einem Hochtemperatur-Enthärten erhöht wurde.A Increase in high temperature hardness the surface layer the rolling part of the outer race is effective to the rolling fatigue properties to improve. Examples of methods used to accomplish the task include two methods in which the initial hardness improves and the resistance to a high temperature softening elevated has been.

Ein Induktionshärten wird zum Beispiel für ein Verfahren vorgegeben, um die Anfangshärte der Oberflächenschicht zu verbessern. Dies ist eine Technologie, die verwendet wird, um nur die Oberflächenschicht durch den Induktionsstrom effizient zu härten, der durch ein elektromagnetisches Hochfrequenzfeld induziert wird. Jedoch gibt es eine Grenze bei der Steigerung der Anfangshärte, deren Verbesserung durch die oben genannten Maßnahmen erfolgt ist. Ein Aufkohlhärten wird manchmal angewendet, um eine höhere Anfangshärte zu erreichen. Dieses Verfahren weist jedoch den Nachteil der reduzierten Stoßfestigkeit auf.One induction hardening is for example for a method given to the initial hardness of the surface layer to improve. This is a technology that is used to only the surface layer through to efficiently harden the induction current generated by an electromagnetic High-frequency field is induced. However, there is a limit increasing the initial hardness, whose improvement has been made by the above measures. A carburization will sometimes applied to a higher one initial hardness to reach. However, this method has the disadvantage of being reduced shock resistance on.

Beispiele von Verfahren, um die Resistenz gegenüber dem Hochtemperatur-Endhärten zu verbessern, umfassen die Technologien, die in der Veröffentlichung der oben beschriebenen JP-A- Nr. 6-173967 offenbart wurden. Dieses Verfahren erfordert jedoch einen Ausführungsschritt eines Nitrierens und eines Induktionshärtens.Examples of methods to improve resistance to high temperature final cure include the technologies described in the publication of the above-described JP-A No. 6-173967 disclosed were. However, this method requires an execution step of nitriding and induction hardening.

Alle Verfahren des Aufkohlhärtens und der in der Veröffentlichung des JP-A-173967 offenbarten Technologien erfordern einen Prozess des Aufkohlens, Nitrierens und dergleichen, die die Erschwerung der Bedingungen bezüglich einer Produktionsvorlaufzeit und von Produktionskosten bewirken. Die vorliegende Erfindung erfolgte im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme beim Stand der Technik. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hochfesten Laufring, der nicht nur eine hohe Schlagzähigkeit sondern auch überlegene Rollermüdungseigenschaften aufweist, und bei der Produktivität überlegen ist und auch ein Verfahren zur Herstellung des Laufrings bereitzustellen.All methods of carburizing and in the publication of the JP-A-173967 Technologies disclosed require a process of carburizing, nitriding and the like, which cause the aggravation of conditions in terms of production lead time and production cost. The present invention has been made in view of the above-described problems in the prior art. It is an object of the present invention to provide a high-strength race having not only high impact strength but also superior rolling fatigue properties and superior in productivity, and also to provide a method of manufacturing the race.

Die vorliegende Erfindung erreicht hohe Anti-Impact-Festigkeits- und Rollermüdungseigenschaften, die durch eine Kombination einer harten Oberfläche, die durch ein Induktionshärten und eine Verbesserung bei der Resistenz gegenüber einem Hochtemperatur-Enthärten durch die Auswahl einer optimalen Legierungszusammensetzung erreicht wird, ohne die Schmiedbarkeit und maschinelle Bearbeitbarkeit durch eine Kombination der Schmiedebedingungen und Wärmebehandlungsbedingungen zu beeinträchtigen. Da der hochfeste Laufring durch ein höchst produktives Induktionshärten hergestellt werden kann, während eine hohe Schmiedbarkeit und maschinelle Bearbeitbarkeit aufrecht erhalten werden, ist die vorliegende Erfindung auch mit einer hohen Produktivität versehen.The The present invention achieves high anti-impact strength and rolling fatigue properties through a combination of a hard surface through induction hardening and an improvement in resistance to high-temperature softening by the selection of an optimum alloy composition is achieved without forgeability and machinability through a combination forging conditions and heat treatment conditions to impair. Because the high-strength raceway produced by a highly productive induction hardening can be while high forgeability and machinability are obtained, the present invention is also high productivity Mistake.

Ein hochfester Laufring, der durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, weist die Verwendung eines Stahls, der 0,30 bis 0,60% an C, 0,30 bis 1,30% an Si, 0,5 bis 1,5% an Mn, 0,0050% oder weniger an B, 0,1 bis 0,5% an Cr, 0,1 bis 0,5% an Mo, 0,5 bis 1,4% an Si und Mo und 0,02 bis 1,0% an Ni enthält, der durch Fe und unvermeidliche Verunreinigungen ausgeglichen ist, und eine Behandlung des Stahls durch ein Induktionshärten auf, sodass die Oberflächenhärte 58HRC oder mehr beträgt und die Oberflächenhärte nach dem Tempern bzw. Anlassen bei 300°C 52 HRC oder mehr beträgt.One high strength race made by the process according to the present invention is made, indicates the use of a steel that ranges from .30 to 0.60% of C, 0.30 to 1.30% of Si, 0.5 to 1.5% of Mn, 0.0050% or less of B, 0.1 to 0.5% of Cr, 0.1 to 0.5% of Mo, 0.5 to 1.4% Si and Mo and 0.02 to 1.0% of Ni, by Fe and inevitable Impurities is balanced, and a treatment of the steel by induction hardening so that the surface hardness is 58HRC or more and the surface hardness after annealing at 300 ° C 52 HRC or more.

Kurzbeschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

1 ist eine Graphik, die die Ergebnisse von Walzen-Senkungstests für die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und für ein Vergleichsbeispiel zeigt. 1 Fig. 12 is a graph showing the results of roll reduction tests for the embodiment of the present invention and for a comparative example.

2 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Schritt zur Herstellung eines äußeren Laufrings gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 Fig. 10 is a flowchart showing a step of manufacturing an outer race according to the embodiment of the present invention.

3 ist eine Grafik, die die Ergebnisse von Dreh-Dauerversuchen mit geringem Winkel für einen äußeren Laufring gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und für ein Vergleichsbeispiel zeigt. 3 Fig. 12 is a graph showing the results of low-angle rotation endurance tests for an outer race according to the embodiment of the present invention and a comparative example.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten AusführungsformDetailed description the preferred embodiment

Wie oben beschrieben, verwendet der hochfeste Laufring, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, einen Stahl, der C (Kohlenstoff), Si (Silizium), Mn (Mangan), B (Bor), Cr (Chrom), Mo (Molybdän), Ni (Nickel) und S (Schwefel) in jeweils vorgegebener Menge enthält, der durch Fe und unvermeidliche Verunreinigungen ausgeglichen bzw. aufgefüllt wird, wobei der Gesamtgehalt an Si und Mo in einem vorgegebenen Bereich gesteuert wird. Nachstehend wird der Bereich des Gehalts jedes Bestandteils und der Grund beschrieben, warum der Gehalt jedes Bestandteils begrenzt ist.As As described above, the high-strength raceway used by the Method of the present invention, a steel, C (carbon), Si (silicon), Mn (manganese), B (boron), Cr (chromium), Mo (molybdenum), Ni (nickel) and S (sulfur) in each case predetermined amount, the is compensated by Fe and unavoidable impurities, wherein the total content of Si and Mo is in a predetermined range is controlled. Below is the range of the content of each component and the reason why the content of each ingredient is limited is.

C: 0,30 bis 0,60%C: 0.30 to 0.60%

C ist ein wesentliches Element, das verwendet wird, um die Festigkeit eines mechanischen Bauteils zu gewährleisten. Wenn C in einer Menge von weniger als 0,30% hinzugefügt wird, ist es selbst durch ein Induktionshärten schwierig, dem mechanischen Bauteil eine Oberflächenhärte von 58 HRC oder mehr zu verleihen. Wenn die Menge andererseits 0,60% übersteigt, besteht die Neigung, dass durch das Induktionshärten Abschreckrisse verursacht werden.C is an essential element that is used to increase the strength to ensure a mechanical component. If C in one Quantity of less than 0.30% is added, it is even through an induction hardening difficult to give the mechanical component a surface hardness of 58 HRC or more to lend. On the other hand, if the amount exceeds 0.60%, it tends to that by induction hardening quench cracks caused.

Si: 0,03 bis 1,30%Si: 0.03 to 1.30%

Si ist ein Element, das verwendet wird, um die Resistenz gegenüber einem Enthärten beim Anlassen zu erhöhen. Deshalb wird Si in einer Menge von 0,30% oder mehr hinzugefügt. Andererseits verringert der Zusatz an Si in übermäßiger Menge die Verformbarkeit und verursacht leicht Risse, die während dem Schmieden auftreten. Daher ist der obere Grenzwert 1,30%.Si is an element used to increase the resistance to softening during tempering. Therefore, Si is added in an amount of 0.30% or more. On the other hand, the addition of Si excessively reduces the ductility and easily causes cracking during forging occur. Therefore, the upper limit is 1.30%.

Mn: 0,50 bis 1,50%Mn: 0.50 to 1.50%

Mn ist ein Element, das die Härtbarkeit erhöht und zu einem Anstieg der Oberflächenhärte beiträgt. Wenn die Menge an Mn geringer als 0,5% ist, wird nur ein ungenügender Effekt erzielt, wohingegen wenn Mn in einer Menge hinzugefügt wird, die 1,50% übersteigt, werden während dem Schmieden leicht Risse verursacht.Mn is an element that has the hardenability elevated and contributes to an increase in surface hardness. If the amount of Mn is less than 0.5% becomes only an insufficient effect whereas Mn is added in an amount, which exceeds 1.50%, be while Forging easily causes cracks.

B: 0,005% oder wenigerB: 0.005% or less

B, das als feste Lösung in Fe vorliegt, erhöht die Induktionshärtbarkeit und verbessert die Anti-Schlagbiege- und Anti-Torsionseigenschaften. B ist vorzugsweise in einer Menge von mindestens 0,0005% enthalten. Selbst wenn B jedoch in einer Menge enthalten ist, die 0,005% übersteigt, sättigt sich sein Effekt und es erzeugt eher einen so nachteiligen Effekt, dass bei der Wärmearbeitung, wie z. B. dem Walzen und Schmieden, Risse aufzutreten pflegen.B that as a solid solution in Fe, increased the induction hardenability and improves the anti-impact and anti-torsional properties. B is preferably contained in an amount of at least 0.0005%. Even however, if B is contained in an amount exceeding 0.005%, saturates its effect and it rather produces such a detrimental effect, that in heat processing, such as As the rolling and forging, cracks tend to occur.

Cr: 0,1 bis 0,5%Cr: 0.1 to 0.5%

Cr ist ein Element, das die Härtbarkeit von Stahl, wie im Fall von Mn, erhöht. In dem Fall, bei dem der Durchmesser oder die Dicke eines Bauteils einem Induktionshärten unterworfen wird, wird das Bauteil während dem Härten ausreichend schnell abgekühlt, und es ist daher unnötig, Cr hinzuzufügen. Im Falle von relativ großen Bauteilen bewirkt eine unzureichende Kühlung manchmal einen schwachen Härtungseffekt und es ist daher erwünscht, Cr hinzuzufügen, um die Härtbarkeit zu verbessern. Der Effekt von Cr ist unbefriedigend, wenn die Menge an Cr geringer als 0,1% ist, wohingegen eine Menge, die 0,5% übersteigt die maschinelle Bearbeitungsfähigkeit und die Warmbearbeitungsfähigkeit beeinträchtigt.Cr is an element that has the hardenability of steel, as in the case of Mn increased. In the case where the diameter or the thickness of a component is subjected to induction hardening is the component during the hardening cooled sufficiently fast, and it is therefore unnecessary Add Cr. In the case of relatively large Components cause insufficient cooling sometimes weak hardening and it is therefore desirable To add cr, about the hardenability to improve. The effect of Cr is unsatisfactory when the amount Cr is less than 0.1%, whereas an amount exceeding 0.5% the machinability and the hot workability impaired.

Mo: 0,1 bis 0,5%Mo: 0.1 to 0.5%

Mo erhöht die Zähigkeit von Stahl, verbessert die Schlageigenschaften und verbessert die Anti-Schlagbiege- und Anti-Torsionseigenschaften. Daher wird Mo in einer Menge von 0,1% oder mehr hinzugefügt. Wenn Mo in einer Menge hinzugefügt wird, die 0,5% übersteigt, werden die maschinelle Bearbeitbarkeit und die Warmbearbeitbarkeit beeinträchtigt.Not a word elevated the tenacity of steel, improves the impact properties and improves the Anti-impact and anti-twist properties. Therefore, Mo added in an amount of 0.1% or more. If Mo in a crowd added which exceeds 0.5%, become machinability and hot workability impaired.

Ni: 0,02 bis 1,0%Ni: 0.02 to 1.0%

Ni erhöht die Zähigkeit von Stahl. Wenn die Menge an Ni geringer als 0,02% ist, wird nur ein unzureichender Effekt erzielt, wohingegen wenn Ni in einer Menge enthalten ist, die 1,0% übersteigt, die maschinelle Bearbeitbarkeit und die Warmschmiedbarkeit beeinträchtigt werden.Ni elevated the tenacity of steel. If the amount of Ni is less than 0.02%, only an insufficient effect, whereas if Ni is in an amount which exceeds 1.0%, the machinability and hot forging ability are impaired.

Si + Mo: 0,5 bis 1,4%Si + Mo: 0.5 to 1.4%

Si und Mo haben den Effekt, die Resistenz gegenüber dem Enthärten beim Hochtemperatur-Anlassen zu erhöhen. Daher werden Si und Mo in einer Gesamtmenge von 0,5% oder mehr hinzugefügt. Wie oben beschrieben, beeinträchtigt andererseits eine Menge, die 1,4% übersteigt, die maschinelle Bearbeitbarkeit und die Schiedbarkeit.Si and Mo have the effect of being resistant to softening To increase high temperature tempering. Therefore, Si and Mo are added in a total amount of 0.5% or more. As described above, impaired on the other hand, an amount exceeding 1.4%, the machine Machinability and the arbitrability.

Es sollte beachtet werden, dass der Stahl, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, die oben beschriebenen Elemente als seine wesentlichen Bestandteile enthält, und neben diesen Bestandteilen eine Kombination von einem oder mehreren Elementen, die aus 0,05% oder weniger an Bi (Bismuth), 0,10% oder weniger an S (Schwefel), 0,01% oder weniger an Ca (Kalzium), 0,10% oder weniger an Zr (Zirkonium), 0,10% oder weniger an Sb (Antimon) und 0,01% oder weniger an Pb (Blei) gewählt werden, hinzugefügt werden können.It should be noted that the steel used in the present Invention is used, the elements described above as his contains essential components, and in addition to these components a combination of one or more Elements consisting of 0.05% or less of Bi (bismuth), 0.10% or less at S (sulfur), 0.01% or less at Ca (calcium), 0.10% or less of Zr (zirconium), 0.10% or less of Sb (antimony) and 0.01% or less of Pb (lead) can be added can.

Die Verwendung solcher zusätzlicher Elemente kann die Oberflächenermüdungseigenschaften erhöhen und die gleiche maschinelle Bearbeitbarkeit wie die des konventionellen Stahls gewährleisten. Es ist daher erwünscht, diese Elemente nach Bedarf hinzuzufügen.The Use of such additional Elements can be the surface fatigue properties increase and the same machinability as that of the conventional one Ensure steel. It is therefore desirable add these items as needed.

Die Arbeitsschritte zur Herstellung des Laufrings der vorliegenden Erfindung aus dem oben genannten Stahl lauten wie folgt.The Operations for manufacturing the race of the present invention The steel mentioned above is as follows.

Der oben genannte Stahl wird auf 720 bis 790°C erhitzt, um das Warmschmieden auszuführen. Als Nächstes wird der Stahl bei 850 ± 10°C gehalten, um das Normalisieren, gefolgt von einem Abkühlen bei einer Geschwindigkeit von 3 bis 10°C auszuführen, danach 20 Minuten lang oder mehr bei 550°C gehalten und gestattet, an der Luft abzukühlen. Der entstehende Stahl wird durch maschinelle Bearbeitung in eine vorgegebene Form verarbeitet. Ferner wird der Stahl durch ein Induktionshärten und Anlassen behandelt und durch maschinelle Bearbeitung in eine Endform gebracht, um so einen hochfesten Laufring, wie oben beschrieben, zu erhalten.Of the The above steel is heated to 720 to 790 ° C to hot forging perform. Next the steel is held at 850 ± 10 ° C, to normalize, followed by cooling at a speed from 3 to 10 ° C perform, then held at 550 ° C for 20 minutes or more and allowed to to cool the air. The resulting steel is machined into one processed given form. Further, the steel is subjected to induction hardening and Tempering treated and machined into a final shape brought to a high-strength race, as described above, to obtain.

Was die Temperatur betrifft, bei der das Warmschmieden ausgeführt wird, sichert eine höhere Temperatur eine hohe Verformbarkeit, die eine Herstellung leicht macht. Jedoch bietet sie Gelegenheit zum Auftreten von Beulen wegen eines Mangels an Formbeständigkeit. Wenn die Heiztemperatur zu hoch ist, besteht darüber hinaus eine Gefahr, dass sich die Haltbarkeit einer Gießform signifikant verkürzt. Unter Berücksichtigung dieser Ergebnisse, wird die beim Warmschmieden vorzugsweise verwendete Heiztemperatur bei der vorliegenden Erfindung auf 720 bis 790°C ausgelegt.What the temperature at which hot forging is carried out ensures a higher Temperature is high ductility, making it easy to manufacture power. However, it offers opportunity for the appearance of bumps a lack of dimensional stability. In addition, if the heating temperature is too high, there is a risk that the durability of a mold significantly shortened. Taking this into account Results, which is preferably used in hot forging Heating temperature in the present invention to 720 to 790 ° C designed.

Bei der vorliegenden Erfindung wird das Normalisieren bei den oben genannten Bedingungen durchgeführt, um eine Härte von 91 bis 96 HRB zu erzielen. Wenn die Härte von diesem Bereich abweicht, hat der Abnutzungsverlust der Werkzeuge zugenommen und die Werkzeuge sind durch Späne verschlissen, was die Haltbarkeit der Werkzeuge verkürzt, was zu einer verminderten Produktivität des Laufrings führt.at In the present invention, the normalizing in the above Conditions performed, a hardness from 91 to 96 HRB. If the hardness deviates from this range, the wear and tear of tools has increased and the tools are through chips worn, which shortens the durability of the tools, what leads to a reduced productivity of the race.

Der hochfeste Laufring, der durch Verwendung des oben beschriebenen Stahls gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, weist eine Oberflächenhärte von 58 HRC oder mehr, nachdem das Induktionshärten ausgeführt wurde, und eine Oberfläche von 52 HRC oder mehr nach dem Anlassen bei 300°C auf.Of the high-strength race, which by using the above described Steel according to the present Invention has a surface hardness of 58 HRC or more, after Induction hardening accomplished was, and a surface of 52 HRC or more after tempering at 300 ° C.

Wie oben beschrieben, wurde der Laufring der vorliegenden Erfindung bei seinen Abnutzungsbeständigkeits- und Ermüdungseigenschaften durch Verwendung eines Stahls mit einer hohen Resistenz gegenüber dem Enthärten und durch steuern/regeln der Oberflächenhärte nach dem Härten und Anlassen auf 52 HRC oder mehr signifikant verbessert. Darüber hinaus weist der Stahl gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Wahl einer geeigneten Heiztemperatur eine gute Warmschmiedbarkeit auf. Anschließend wird eine entsprechende Normalisierung durchgeführt, um eine Härte von 91 bis 96 HRB zu erhalten, die für die Schneidbearbeitung geeignet ist. Der oben genannte Arbeitsschritt wird mit einem höchst produktiven Induktionshärten kombiniert, wodurch der oben genannte Laufring, der exzellente Abnutzungsbeständigkeits- und Ermüdungseigenschaften aufweist, hergestellt werden kann und die Produktivität dadurch hoch ist.As described above became the race of the present invention in terms of its wear resistance and fatigue properties by using a steel with a high resistance to the softening and by controlling the surface hardness after curing and Tempering significantly improved to 52 HRC or more. Furthermore has the steel according to the present Invention by the choice of a suitable heating temperature a good Warmschmiedbarkeit on. Subsequently, a corresponding Normalization performed, a hardness from 91 to 96 HRB, which are suitable for cutting is. The above step will be highly productive Induction hardening combined, whereby the above-mentioned race, the excellent wear resistance and fatigue properties has, can be produced and thereby productivity is high.

(Beispiel 1)(Example 1)

Die nachfolgenden Experimente wurden durchgeführt, um den Effekt der vorliegenden Erfindung zu belegen.The subsequent experiments were performed to demonstrate the effect of the present To prove invention.

Ein Stahl-Gussblock mit der in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung wurde hergestellt und in einen Rohling geformt, der dann in einen runden Barren mit einem Durchmesser von 50 mm heißgewalzt wurde. Eine zylindrische Probe mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Höhe von 45 mm wurde durch maschinelle Bearbeitung aus dem entstandenen runden Barren hergestellt. Die erhaltene zylindrische Probe wurde auf 720°C und 780°C erhitzt, um das Warmschmieden mit einem Bearbeitungsverhältnis von 50% unter Verwendung einer Pressvorrichtung durchzuführen, um dadurch die Warmschmiedbarkeit zu evaluieren. Danach wurde die Beziehung zwischen der Bedingung (Abkühlgeschwindigkeit) des Normalisierens und der Härte untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.One Steel ingot with the composition shown in Table 1 was made and shaped into a blank, which then turns into a round Bar with a diameter of 50 mm was hot rolled. A cylindrical one Sample with a diameter of 30 mm and a height of 45 mm was made by machining from the resulting round Ingots made. The obtained cylindrical sample was heated to 720 ° C and 780 ° C, to use hot forging with a machining ratio of 50% using to perform a pressing device, in order to evaluate the warm forgeability. After that, the Relationship between the condition (cooling rate) of normalizing and the hardness examined. The results are shown in Table 2.

Andererseits wurde ein Roller-Pitching-Test bzw. Walzen-Senkungstest durchgeführt, um die Oberflächen-Ermüdungsfestigkeit zu evaluieren. Dafür wurden die folgenden Vorgänge für ein Versuchsteil mit einem Durchmesser von 26 mm und einer Länge von 28 mm durchgeführt.on the other hand a roller pitching test was carried out to the surface fatigue strength to evaluate. Therefore were the following processes for a Test part with a diameter of 26 mm and a length of 28 mm performed.

Zuerst wurde die Oberflächentemperatur des Versuchsteils durch ein Hochfrequenzheizen in 0,9 Sekunden erhöht, bis es 850°C erreicht hat. Ferner wurde die Temperatur des Versuchsteils in 1,9 Sekunden auf 1150°C erhöht, um das Abschrecken in Wasser auszuführen, und danach einem Anlassen unterworfen, das bei 170°C 120 Minuten lang durchgeführt wurde.First became the surface temperature of the test part increased by a high frequency heating in 0.9 seconds until it is 850 ° C has reached. Further, the temperature of the experimental part became 1.9 Seconds at 1150 ° C elevated, to perform the quenching in water, and then to temper subjected to that at 170 ° C Performed for 120 minutes has been.

Die Walzen-Senkungshaltbarkeit eines Vergleichsstahls hatte einen Niveau von 10⁵, wohingegen bestätigt wurde, dass die Lebensdauer des Stahls der vorliegenden Erfindung auf zehnmal soviel wie die des Vergleichsstahls verlängert wurde. Die Bedingungen des Walzen-Senkungstests sind nachfolgend beschrieben und die Ergebnisse des Tests sind in Tabelle 1 dargestellt.The roll-down durability of a comparative steel was 10 ⁵ , whereas it was confirmed that the life of the steel of the present invention was prolonged to ten times that of the comparative steel. The conditions of the roll reduction test are described below and the results of the test are shown in Table 1.

(Bedingungen des Walzen-Senkungstests)(Conditions of roll lowering test)

(1) applied load: 18.6 kN
(2) Surface pressure: 4500 MPa
(3) Speed (drive side)
(4) Slip factor: 20%
(5) Drive roller: small roller (trial product)
(6) secondary roller: large Roller (SUJ2)
(7) Temperature of lubricating oil: 100 to 11000
(8) Subsidence detection method: Vibration sensor

Tabelle 1 Nr. Verwendung Chemische Bestandteile (mass%) C Si Mn P S Cu Ni Cr Mo Sol.B Bi Pb 1 Stahl der Erfindung 0.55 0.49 0.55 0.008 0.017 0.02 0.02 0.17 0.18 0.014 0.030 - 2 0.54 0.52 0.63 0.018 0.022 0.02 0.03 0.17 0.18 0.002 0.020 - 3 0.54 1.00 0.60 0.011 0.012 0.01 0.03 0.36 0.33 - 0.038 - 4 0.48 0.50 0.59 0.016 0.020 0.01 0.03 0.25 0.20 0.015 - - 5 0.58 0.52 0.59 0.015 0.020 0.01 0.03 0.25 0.20 0.014 - - A Vergleichs-Stahl 0.55 0.22 0.66 0.019 0.012 0.06 0.03 0.30 0.01 - - 0.07 B 0.53 0.25 0.66 0.017 0.013 0.06 0.01 0.30 0.01 - - 0.05 C 0.55 0.52 0.64 0.015 0.015 0.09 0.03 0.29 0.01 0.014 - - D 0.55 0.20 0.65 0.15 0.015 0.10 0.03 0.30 0.020 0.014 - - Tabelle 2 Nr. Verwendung Formbeständigkeit beim Schmiedevorgang (Mpa) Härte des normalisierten Stahls nach dem Schmieden (HRB) Schmiedetemperatur °C Abkühlgeschwindigkeit von 850°C (°C/min) Stahl der Erfindung 700 720 750 790 820 3 6 10 30 60 1 320 315 290 272 248 92 93 95 97 103 2 - - - - - - - - - - 3 352 350 340 306 274 93 94 96 98 108 4 290 288 277 256 240 91 92 94 96 101 5 324 325 308 282 262 93 93 95 96 104 A Vergleichs-Stahl 316 312 273 245 240 91 92 92 92 95 B - - - - - - - - - - C - - - - - - - - - - D - - - - - - - - - - Table 1 No. use Chemical components (mass%) C Si Mn P south Cu Ni Cr Not a word SOL.B Bi pb 1 Steel of the invention 12:55 12:49 12:55 0008 0017 12:02 12:02 12:17 12:18 0014 0030 - 2 12:54 12:52 0.63 0018 0022 12:02 12:03 12:17 12:18 0002 0020 - 3 12:54 1:00 0.60 0011 0012 12:01 12:03 12:36 12:33 - 0038 - 4 12:48 12:50 12:59 0016 0020 12:01 12:03 12:25 12:20 0015 - - 5 12:58 12:52 12:59 0015 0020 12:01 12:03 12:25 12:20 0014 - - A Comparative Steel 12:55 12:22 0.66 0019 0012 12:06 12:03 12:30 12:01 - - 12:07 B 12:53 12:25 0.66 0017 0013 12:06 12:01 12:30 12:01 - - 12:05 C 12:55 12:52 0.64 0015 0015 12:09 12:03 12:29 12:01 0014 - - D 12:55 12:20 0.65 12:15 0015 12:10 12:03 12:30 0020 0014 - - Table 2 No. use Dimensional stability during forging (Mpa) Hardness of normalized steel after forging (HRB) Forging temperature ° C Cooling rate of 850 ° C (° C / min) Steel of the invention 700 720 750 790 820 3 6 10 30 60 1 320 315 290 272 248 92 93 95 97 103 2 - - - - - - - - - - 3 352 350 340 306 274 93 94 96 98 108 4 290 288 277 256 240 91 92 94 96 101 5 324 325 308 282 262 93 93 95 96 104 A Comparative Steel 316 312 273 245 240 91 92 92 92 95 B - - - - - - - - - - C - - - - - - - - - - D - - - - - - - - - -

(Beispiel 2)(Example 2)

Ein äußerer Laufring wurde aus dem Stahl mit der in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung gemäß den in 2 gezeigten Schritten hergestellt. Obwohl die Härte des Stahls der vorliegenden Erfindung bei Raumtemperatur höher als die des Vergleichsstahls war, war die Formbeständigkeit während dem Warmschmieden nicht übermäßig hoch. Der Stahl der vorliegenden Erfindung wurde durch das Warmschmieden ohne irgendein Problem behandelt.An outer race was made of the steel having the composition shown in Table 1 according to the in 2 produced steps produced. Although the hardness of the steel of the present invention was higher than that of the comparative steel at room temperature, the dimensional stability during hot forging was not excessively high. The steel of the present invention was treated by hot forging without any problem.

Die Ergebnisse der Messung der Härte vor der maschinellen Bearbeitung und nach dem Normalisieren sind in Tabelle 3 dargestellt. Die Normalisierungsbedingung 1 in Tabelle 3 lautet wie folgt: die Stahlprobe wird 40 Minuten lang bei 850°C gehalten, danach mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 10°C/min länger als 30 Minuten auf 550°C abgekühlt und danach gestattet, in der Luft abzukühlen. Die Normalisierungsbedingung 2 lautet wie folgt: die Stahlprobe wird 40 Minuten lang bei 850°C gehalten, danach mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 3,3°C/min länger als 90 Minuten auf 550°C abgekühlt, danach 30 Minuten lang bei 550°C gehalten und danach gestattet, in der Luft abzukühlen.The Results of measurement of hardness before machining and after normalizing shown in Table 3. The normalization condition 1 in the table 3 is as follows: the steel sample is held at 850 ° C for 40 minutes, afterwards with a cooling rate of 10 ° C / min longer than 30 minutes at 550 ° C chilled and thereafter allowed to cool in the air. The normalization condition 2 reads as follows: the steel sample is held at 850 ° C for 40 minutes, afterwards with a cooling rate of 3.3 ° C / min longer than 90 minutes to 550 ° C cooled, then for 30 minutes at 550 ° C kept and then allowed to cool in the air.

Da die Abkühlgeschwindigkeit der Normalisierungsbedienung des erfundenen Stahls auf 3 bis 10°C/min ausgelegt wurde, wurde die gleiche Härte wie die des Vergleichsstahls 1 erreicht, der ein konventioneller Stahl ist. Die Ergebnisse der Messung des Abnutzungsverlusts der Werkzeuge während der maschinellen Bearbeitung sind in Tabelle 4 dargestellt. Eine gewünschte Härte kann durch Optimierung der Abkühlgeschwindigkeit im Normalisierungsschritt erzielt werden, um eine zufrieden stellende maschinelle Bearbeitbarkeit zu erreichen. Darüber hinaus zeigt Tabelle 5 die Ergebnisse, die durch Messung der Härte der gehärteten Schicht oder Oberflächenschicht des Teilstücks erzielt wurden, das durch ein Induktionshärten behandelt wurde.There the cooling rate normalizing operation of the invented steel to 3 to 10 ° C / min became, was the same hardness as that of the comparative steel 1 reaches that of a conventional Steel is. The results of measurement of wear loss of Tools during of the machining are shown in Table 4. A desired Hardness can by optimizing the cooling speed be achieved in the normalization step to a satisfactory achieve machinability. In addition, Table 5 shows the results obtained by measuring the hardness of the hardened layer or surface layer of the section which was treated by induction hardening.

Zur Evaluierung der Oberflächenermüdungsfestigkeit wurden Dreh-Dauerversuche für drei Stahltypen, nämlich für die Stähle 1 und 2 der vorliegenden Erfindung und den Vergleichsstahl 1 in einem Zustand durchgeführt, bei dem diese Stähle jeweils in einer Antriebswelle eingebaut waren. Die Ergebnisse des Dauerversuche sind in 3 dargestellt.In order to evaluate the surface fatigue strength, fatigue tests were carried out for three steel types, namely, for the steels 1 and 2 of the present invention and the comparative steel 1 in a state where these steels were respectively installed in a drive shaft. The results of the endurance tests are in 3 shown.

Wie in 3 gezeigt, wurde bestätigt, dass der Stahl der vorliegenden Erfindung eine hohe Dauerfestigkeit beim realen Betrieb wie dem Walzen-Senkungstest aufwies.As in 3 It was confirmed that the steel of the present invention had high fatigue strength in real operation such as roll reduction test.

Wie sich aus dem obigen ergibt, wurde der äußere Laufring hergestellt, um die Produktivität zu bestätigen und als Folge davon wurde bestätigt, dass der äußere Laufring eine exzellente Schmiedbarkeit, maschinelle Bearbeitbarkeit und Schleif-Bearbeitbarkeit aufwies. Darüber hinaus ist der äußere Laufring zwischen den Festigkeitseigenschaften und der Produktivität genau abgestimmt. Die Wirkung und der Effekt der oben genannten Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung kann in industriellen Gebieten als besonders effektiv gelten. Tabelle 3 Nr. Verwendung Normalisierungsbedingung Härte des normalisierten Stahls nach dem Schmieden (HRB) 1 Stahl der Erfindung Bedingung 1 94 2 Bedingung 1 94 3 Bedingung 2 95 4 - - 5 A Vergleichs-Stahl Bedingung 1 93 B - - C - - D - - As is apparent from the above, the outer race was made to confirm the productivity, and as a result, it was confirmed that the outer race excellent machinability had neat machinability and grinding machinability. In addition, the outer race between the strength properties and productivity is precisely tuned. The effect and the effect of the above examples according to the present invention can be considered to be particularly effective in industrial fields. Table 3 No. use normalization condition Hardness of normalized steel after forging (HRB) 1 Steel of the invention Condition 1 94 2 Condition 1 94 3 Condition 2 95 4 - - 5 A Comparative Steel Condition 1 93 B - - C - - D - -

Bedingung 1: Die Stahlprobe wird 40 Minuten lang bei 850°C gehalten, danach mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 10°C/min länger als 30 Minuten auf 550°C abgekühlt und danach gestattet, in der Luft abzukühlen. Bedingung 2: Die Stahlprobe wird 40 Minuten lang bei 850°C gehalten, danach mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 3,3°C/min länger als 90 Minuten auf 550°C abgekühlt, danach 30 Minuten lang bei 550°C gehalten und danach gestattet, in der Luft abzukühlen. Tabelle 4 Nr. Verwendung Drehvorgang VB-Abnutzungsrate am äußeren Umfang VB-Abnutzungsrate am inneren Umfang Leichtigkeit des Spanbruchs 1 Stahl der Erfindung 0.27 0.20 exzellent 2 0.28 0.22 gut 3 0.33 0.18 exzellent 4 - - - 5 - - - A Vergleichs-Stahl 0.30 0.15 exzellent B - - - C - - - D - - - Tabelle 5 Nr. Verwendung Härte des äußeren Laufrings durch Hochfrequenz-Induktionshärten Härte an der Nut nach dem 300°C Anlassen an der Nut an der Achse Oberflächenhärte ECD Oberflächenhärte ECD 1 Stahl der Erfindng 62–64 2.8 61–66 5.0 53–55 2 61–62 2.0 62–64 5.2 52–54 3 62–63 2.4 62–63 5.4 55–56 4 - - - - - 5 - - - - - A Vergleichs-Stahl 60–62 2.0 61–63 5.2 49–51 B 60–62 2.1 61–63 5.2 49–50 C 62–63 2.1 61–63 5.2 50–52 D 62–63 2.1 61–63 5.2 50–52

Einheit der Härte: HRC
ECD: effektive einsatzgehärtete Tiefe (mm)

Condition 1: The steel sample is held at 850 ° C for 40 minutes, then cooled to 550 ° C for longer than 30 minutes at a cooling rate of 10 ° C / min, and then allowed to cool in the air. Condition 2: The steel sample is held at 850 ° C for 40 minutes, then cooled to 550 ° C for longer than 90 minutes at a cooling rate of 3.3 ° C / min, then held at 550 ° C for 30 minutes, and then allowed to to cool in the air. Table 4

No. use turning operation VB wear rate at the outer circumference VB wear rate at the inner circumference Ease of chip breakage 1 Steel of the invention 12:27 12:20 excellent 2 12:28 12:22 Good 3 12:33 12:18 excellent 4 - - - 5 - - - A Comparative Steel 12:30 12:15 excellent B - - - C - - - D - - -

Table 5

No. use Hardness of outer race by high frequency induction hardening Hardness at the groove after the 300 ° C tempering at the groove on the axis surface hardness ECD surface hardness ECD 1 Steel of the Invention 62-64 2.8 61-66 5.0 53-55 2 61-62 2.0 62-64 5.2 52-54 3 62-63 2.4 62-63 5.4 55-56 4 - - - - - 5 - - - - - A Comparative Steel 60-62 2.0 61-63 5.2 49-51 B 60-62 2.1 61-63 5.2 49-50 C 62-63 2.1 61-63 5.2 50-52 D 62-63 2.1 61-63 5.2 50-52

Unit of hardness: HRC
ECD: effective case hardened depth (mm)

Die Inhalte der der japanischen Patentanmeldung Nr. 2000–380666 (eingereicht am 14. Dez. 2000) werden hierin durch Bezugnahme miteinbezogen.The Contents of Japanese Patent Application No. 2000-380666 (filed on Dec. 14, 2000) are incorporated herein by reference.

Obwohl die Erfindung, wie oben beschrieben, mit ihren bevorzugten Beispielen beschrieben wurde, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt, sondern im Umfang der vorliegenden Erfindung anderweitig verschiedenartig verkörpert.Even though the invention as described above with its preferred examples has been described, the invention is not limited thereto, but otherwise varied within the scope of the present invention embodies.

Obwohl in den oben genannten Beispielen der Fall des äußeren Laufrings als Laufring genommen wurde, kann die vorliegende Erfindung z. B. auf einen inneren Laufring angewendet werden.Even though in the above examples, the case of the outer race as a race has been taken, the present invention, for. B. on an inner Running ring are applied.

Claims

Method for producing a high-strength race, comprising: hardening a steel at 720 to 790 ° C, to do a hot forging, the steel being the following elements in weight percent: C: 0.30 to 0.60%; Si: 0.30 to 1.30%, Mn: 0.5 to 1.5%; B: 0.0050% Or less; Cr: 0.1 to 0.5%, Mo: 0.1 to 0.5%; Ni: 0.02 to 1.0%, wherein the total amount of Si and Mo is in a range of 0.5 to 1.4%, and the remainder in the form of Fe and inevitable Contaminants; Holding the hot forged steel at 850 ± 10 ° C to one Perform normalization, subsequent cooling of the Steel at a speed of 3 to 10 ° C / min, holding the steel for 20 minutes or more at 550 ° C and enabling that the steel cools in the air; machine Processing the normalized steel into a given shape; Perform a induction hardening and tempering the steel; and Finishing the steel in one End product form of high strength raceway.

Method for producing a high-strength race according to claim 1, wherein the steel as a remainder of further one or has several elements other than iron, which are from the group selected are composed of the following elements in weight percent is: Bi: 0.05% or less, S: 0.10% or less, Ca: 0.01% or less, Zr: 0.10% or less, Sb: 0.10% or less and Pb: 0.01% or less.

A method for producing a high-strength raceway according to claim 1 or 2, wherein the surfaces Hardness after induction hardening is 58 HRC or more, and surface hardness after tempering is 52 HRC or more.